JP2017085390A - 水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】レーザーを用いることなく製造番号を容易に管理することができ、かつ、電気的特性が悪化することを低減させた水晶デバイスを提供する。【解決手段】上面に素子パッド１１１が設けられ、下面に接続端子１１２が設けられている基板部１１０ａと、基板部１１０ａの上面の外周縁に沿って設けられている枠体１１０ｂと、素子パッド１１１に実装されている水晶振動素子１２０と、枠体１１０ｂの上面に接合されている蓋体１３０と、基板部１１０ａの下面に実装されている集積回路素子１５０と、基板部１１０ａの下面に接合され、集積回路素子１５０を収納する貫通孔１６１が形成されている略直方体形状の平板部１６０と、平板部１６０の下面に設けられている数字情報部１７０と、から構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器等に内蔵されている水晶デバイスに関する。

水晶デバイスは、例えば、水晶片と水晶片に設けられている金属パターンとからなる水晶振動素子と、水晶振動素子が上面に実装されている基板部と、第一基板部の上面に接合され前記水晶振動素子を気密封止している蓋体と、第一基板部の下面に実装されている集積回路素子と、基板部の下面に接合され、前記集積回路素子を収納する貫通孔が形成されている略直方体形状の平板部と、から構成されている。このような水晶デバイスは、次のようにして製造されている。まず、水晶振動素子が基板部の上面に実装され、その後、基板部の上面と蓋体とが接合されて基板部の上面に実装されている水晶振動素子が気密封止され、振動部が形成され、振動部の下面、具体的には、基板の下面に集積回路素子が接合される。次に、集積回路素子を収納することができる貫通孔が形成されている平板部となる部分が複数形成されている平板ウエハを用意し、振動部に接合されている集積回路素子をこの貫通孔に収納するように平板部となる部分と基板部の下面とを接合する。最後に、基板部となる部分ごとに切断し、水晶デバイスを製造している（例えば、特許文献１参照）。

水晶デバイスに限らず工業製品の多くは、複数の工程を経て、複数個同時に形成している。例えば、上述した水晶デバイスの製造においても、集積回路素子部が接合されている振動部と平板部ウエハの平板部となる部分とを接合させた後、平板部となる部分ごとに切断し水晶デバイスを形成している。このように、複数個を同時に形成するような場合には、品質不良が判明した場合に、どの販路に向けて出荷されたかを追跡できるように、水晶デバイス（工業製品）に製造番号を付与し管理する必要がある。水晶デバイスに製造番号を付与し管理する方法の一例として、水晶デバイスの蓋体にレーザーを照射し製造番号を印字する方法がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１５−０９１１０３号公報 特開２００２−３６１４９号公報

従来の水晶デバイスでは、蓋体にレーザーを照射することで製造番号を形成している。水晶デバイスが小型化された場合、小型化された蓋体は、蓋体が小型化される前と比較して、レーザー照射による影響を受けやすくなる。このため、従来の水晶デバイスでは、小型化された場合、蓋体へのレーザー照射により蓋体の状態が変化し、その結果、電気的特性が悪くなる虞がある。具体的には、レーザーを蓋体に照射したことにより、蓋体が変形し（歪み）、蓋体と水晶振動素子の金属パターンとの距離が場所ごとに変化してしまい、その結果、水晶デバイスの電気等価定数が変化し電気的特性が悪化する虞や、蓋体と基板部との接合している部分に局所的に応力が加わり、蓋体が基板部から剥がれ水晶振動素子を気密封止することができず、その結果、水晶デバイスの周波数が不安定となり電気的特性が悪化する虞がある。また、別の具体例としては、レーザーを蓋体に照射したことにより、蓋体の一部が破損し、水晶振動素子を気密封止できず、その結果、水晶デバイスの周波数が不安定となり電気的特性が悪化する虞がある。

本発明では、レーザーを用いることなく製造番号を容易に管理することができ、かつ、電気的特性が悪化することを低減させた水晶デバイスを提供することを目的とする。

前述した課題を解決するために、本発明に係る水晶デバイスは、上面に素子パッドが設けられ、下面に接続端子が設けられている基板部と、基板部の上面の外周縁に沿って設けられている枠体と、素子パッドに実装されている水晶振動素子と、枠体の上面に接合されている蓋体と、基板部の下面に実装されている集積回路素子と、基板部の下面に接合され、集積回路素子を収納する貫通孔が形成されている略直方体形状の平板部と、平板部の下面に設けられている数字情報部と、から構成されていることを特徴とする。

本発明に係る水晶デバイスは、上面に素子パッドが設けられ、下面に接続端子が設けられている基板部と、基板部の上面の外周縁に沿って設けられている枠体と、素子パッドに実装されている水晶振動素子と、枠体の上面に接合されている蓋体と、基板部の下面に実装されている集積回路素子と、基板部の下面に接合され、集積回路素子を収納する貫通孔が形成されている略直方体形状の平板部と、平板部の下面に設けられている数字情報部と、から構成されている。従って、本発明に係る水晶デバイスでは、予め平板部となる部分の下面に、製造番号となる数字情報部を形成しておくことが可能となる。このため、本発明に係る水晶デバイスでは、レーザーを用いることなく製造番号を容易に管理することができ、蓋体へのレーザーの照射による蓋体の状態が変化することを低減させることができ、この結果、蓋体の状態が変化したことが原因で生じる水晶デバイスの電気的特性が悪化することを低減させることが可能となる。

本実施形態に係る水晶デバイスの分解斜視図である。 （ａ）は、図１のＡ−Ａ断面における断面図であり、（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面における断面図である。 （ａ）は、パッケージの上面を平面視した平面図であり、（ｂ）は、パッケージの下面を平面視した平面図である。 （ａ）は、平板部の上面を平面視した平面図であり、（ｂ）は、平板部の下面を平面視した平面図である。 数字情報部を説明するための説明図である。

本実施形態に係る水晶デバイスは、電子機器等で使用する基準信号を出力するのに用いられる。また、本実施形態に係る水晶デバイスは、図１および図２に示したように、基板部１１０ａおよび枠部１１０ｂからなるパッケージ１１０と、貫通孔１６１が形成されており基板部１１０ａの下面に設けられている平板部１６０と、基板部１１０ａの上面に実装されている水晶振動素子１２０と、貫通孔１６１内に収納されるように基板部１１０ａの下面に実装されている集積回路素子１５０と、集積回路素子１５０を覆うように設けられているアンダーフィル材１８０と、から構成されている。

パッケージ１１０は、図１、図２および図３に示したように、基板部１１０ａと、基板部１１０ａの上面の外縁に沿って設けられている枠部１１０ｂと、から一体的に構成されている。また、パッケージ１１０は、枠部１１０ｂ内であって基板部１１０ａの上面に水晶振動素子１２０が実装されている。また、パッケージ１１０は、基板部１１０ａの下面に集積回路素子１５０が実装されている。また、パッケージ１１０の枠部１１０ｂの上面には、蓋体１３０が接合されており、パッケージ１１０の基板部１１０ａの下面には平板部１６０が設けられている。

基板部１１０ａは、略直方体形状となっており、水晶振動素子１２０および集積回路素子１５０を実装するための実装部材として機能するものである。基板部１１０ａは、上面に素子パッド１１１が設けられており、下面に接続端子１１２および集積回路素子パッド１１３が設けられている。また、基板部１１０ａには、配線部１１４および内部配線（図示せず）が設けられている。

ここで、図面に合わせて、水晶振動素子１２０が実装される基板部１１０ａの面を基板部１１０ａの上面とし、基板部１１０ａの上面と反対側を向く基板部１１０ａの面を基板部１１０ａの下面とする。また、基板部１１０ａの上面および基板部１１０ａの下面を基板部１１０ａの主面とする。

枠部１１０ｂは、基板部１１０ａの上面側に水晶振動素子１２０を収納する空間を形成するためのものである。また、枠部１１０ｂは、基板部１１０ａの上面の外縁に沿って枠状に設けられており、基板部１１０ａと一体的に形成されている。

ここで、図面に合わせて、基板部１１０ａに接している枠部１１０ｂの面を枠部１１０ｂの下面とし、枠部１１０ｂの下面と反対側を向く枠部１１０ｂの面を枠部１１０ｂの上面とする。

基板部１１０ａおよび枠部１１０ｂは、一体的に形成されており、アルミナセラミックス、または、ガラス―セラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなっている。基板部１１０ａと枠部１１０ｂは、絶縁層を一層で用いたものであてもよいし、絶縁層を複数層積層させたものであってもよい。

素子パッド１１１は、水晶振動素子１２０を基板部１１０ａに実装するためのものである。素子パッド１１１は、一対となっており、枠部１１０ｂ内の基板部１１０ａの上面に設けられており、例えば、基板部１１０ａの一方の短辺に沿って二つ並んで配置されている。一対の素子パッド１１１は、基板部１１０ａの下面に設けられている集積回路素子パッド１１３のうち二つと電気的に接続されている。

集積回路素子パッド１１３は、集積回路素子１５０を基板部１１０ａに実装するためのものである。集積回路素子パッド１１３は、例えば、六つ設けられており、基板部１１０ａの下面の中央付近に、基板部１１０ａの長辺に平行となるように三つずつ並んで配置されている。集積回路素子１１３は、例えば、所定の四つが配線部１１４を介して接続端子１１２と電気的に接続されており、所定の他の二つが内部配線（図示せず）を介して一対の素子パッド１１１と電気的に接続されている。

配線部１１４は、接続端子１１２と所定の四つの集積回路素子パッド１１３とを電気的に接続させるためのものであり、基板部１１０ａの下面に設けられている。内部配線（図示せず）は、一対の素子パッド１１１と所定の他の二つの集積回路素子パッド１１３とを電気的に接続させるためのものであり、基板部１１０ａの内部に設けられている。

ここで、基板部１１０ａおよび枠体１１０ｂからなるパッケージ１１０の大きさについて説明する。パッケージ１１０は、基板部１１０ａの上面を平面視して、例えば、基板部１１０ａの長辺が、０．８〜５．０ｍｍとなっており、基板部１１０ａの短辺が、０．６〜３．２ｍｍとなっている。パッケージ１１０の上下方向の厚み、具体的には、基板部１１０ａの下面から枠部１１０ｂの上面までの上下方向の厚みは、例えば、０．２〜１．５ｍｍとなっている。

次に、基板部１１０ａおよび枠体１１０ｂからなるパッケージ１１０の形成方法について説明する。基板部１１０ａおよび枠体１１０ｂがアルミナセラミックスからなる場合、まず、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤を添加し混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面、または、セラミックグリーンシートに打ち抜き設けていた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷法を用いて導体パターンとなる位置に所定の導電ペーストを塗布する。基板部１１０ａとなるセラミックグリーンシートおよび枠部１１０ｂとなるセラミックグリーンシートを積層させ、プレス加工し、高温で焼成する。焼成後、導体パターンとなる所定の部位に、ニッケルめっき、または、金めっきを施すことにより、基板部１１０ａおよび枠部１１０ｂが一体的に形成される。また、導電性ペーストには、例えば、タングステン、モリブデン、銅、銀またはパラジウム等の金属粉末の焼結体等が用いられる。

水晶振動素子１２０は、安定した機械振動を得ることができ、電子機器等の基準信号を発信するためのものである。水晶振動素子１２０は、水晶片１２１と金属パターン１２２とからなり、導電性接着剤１４１によって金属パターン１２２の一部と基板部１１０ａの上面に設けられている素子パッド１１１とが電気的に接着され、基板部１１０ａの上面に実装されている。

ここで、図面に合わせて、基板部１１０ａに水晶振動素子１２０を実装したとき、基板部１１０ａの上面を向く水晶片１２１の面を水晶片１２１の下面とし、水晶片１２１の下面と反対側を向く水晶片１２１の面を水晶片１２１の上面とする。また、水晶片１２１の上面および水晶片１２１の下面を水晶片１２１の主面とする。なお、本実施形態では、水晶片１２１の下面を水晶振動素子１２０の下面ということもあり、同様に、水晶片１２１の上面を水晶振動素子１２０の上面ということもある。

水晶片１２１は、安定した機械振動をする圧電材料が用いられ、例えば、水晶部材が用いられる。水晶片１２１は、例えば、人工水晶体から所定のカットアングルとなるように切断された水晶ウエハが、所定の大きさとなるように切断され形成される。なお、ここでは、水晶ウエハを所定の大きさとなるように切断し水晶片１２１を形成している場合について説明しているが、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて所定の大きさとなるように水晶片１２１を形成してもよい。

金属パターン１２２は、水晶片１２１に電圧を印加するためのものであり、励振電極部１２３と接続引出部１２４とからなる。励振電極部１２３は、一対となっており、水晶片１２１の上面および水晶片１２１の下面に互いに対向するように設けられている。励振電極部１２３は、蒸着技術、スパッタリング技術またはフォトリソグラフィー技術によって、水晶片１２１の所定の位置に形成されている。

接続引出部１２４は、水晶振動素子１２０の外部から励振電極部１２３に電圧を印加するためのものである。接続引出部１２４は、一端が励振電極部１２３に接続され、他端が水晶片１２１の主面の縁部に位置するように設けられている。また、接続引出部１２４は、一対となっており、水晶振動素子１２０の主面を平面視して、接続引出部１２４の他端が水晶片１２１の一方の短辺に沿って二つ並ぶように配置されている。接続引出部１２４は、蒸着技術、スパッタリング技術またはフォトリソグラフィー技術によって、水晶片１２１の所定の位置に形成されている。

ここで、水晶振動素子１２０の動作について説明する。水晶振動素子１２０は、外部から接続引出部１２４に電圧が印加されると、接続引出部１２４に接続されている励振電極部１２３に電圧が印加される。これにより、一対の励振電極部１２３には、極性が反対の電荷が蓄積されることとなり、逆圧電効果により励振電極部１２３に挟まれている水晶片１２１の一部に歪みが生じ、変形する。その結果、水晶片１２１は、変形前の姿に戻ろうとするため、圧電効果により励振電極部１２３に最初に蓄積された電荷とは反対の極性の電荷が蓄積されることとなる。つまり、励振電極部１２３に電圧が印加されると、水晶振動素子１２０は、圧電効果および逆圧電効果により、励振電極部１２３に挟まれた水晶片１２１の一部が振動する。従って、水晶振動素子１２０に交番電圧が印加されると、励振電極部１２３に反対の極性の電荷が交互に蓄積され変形することとなり、励振電極部１２３に挟まれている水晶片１２１の一部を振動させることができる。

導電性接着剤１４１は、水晶振動素子１２０を基板部１１０ａの上面に実装するためのものである。導電性接着剤１４１は、水晶振動素子１２０の接続引出部１２４と基板部１１０ａの上面に設けられている素子パッド１１１との間に設けられており、接続引出部１２４と素子パッド１１１とを電気的に接着している。導電性接着剤１４１は、シリコーン系の樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、シリコーン系の樹脂等のバインダーの中に導電フィラーとして導電性粉末が含有されているものであり、導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケルまたはニッケル鉄のいずれか、或いはこれらを組み合わせたものを含むものが用いられる。また、バインダーとしては、例えば、シリコーン系の樹脂、エポキシ系の樹脂、ポリイミド系の樹脂またはビスマレイミド系の樹脂が用いられる。

導電性接着剤１４１を用いて、水晶振動素子１２０の接続引出部１２４と基板部１１０ａの素子パッド１１１とを電気的に接着し、水晶振動素子１２０を基板部１１０ａの上面に実装する方法について説明する。まず、導電性接着剤１４１が、例えば、ディスペンサによって、素子パッド１１１上に塗布される。その後、水晶振動素子１２０が導電性接着剤１４１上に搬送され、接続引出部１２４と素子パッド１１１とで導電性接着剤１４１を挟むように水晶振動素子１２０が載置され、その状態で加熱硬化される。これにより、接続引出部１２４と素子パッド１１１とが電気的に接着され、基板部１１０ａの上面に水晶振動素子１２０が実装される。

蓋体１３０は、枠部１１０ｂの上面と封止用接合部材１４２により接合されて、基板部１１０ａの上面に実装されている水晶振動素子１２０を気密封止するためのものである。蓋体１３０は、例えば、鉄、ニッケルまたはコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなる。このような蓋体１３０は、真空状態、または、窒素ガスなどが充填している所定の雰囲気中で、枠部１１０ｂの上面と蓋体１３０の下面との間に設けられている封止用接合部材１４２に熱が加えられることとで、封止用接合部材１４２が溶融され、蓋体１３０の下面と枠部１１０ｂの上面とが溶融接合される。

封止用接合部材１４２は、蓋体１３０と枠部１１０ｂとを接合するためのものであり、蓋体１３０の下面と枠部１１０ｂの上面との間に設けられている。このとき、枠部１１０ｂの上面には、特に図示しないが、封止用導体パターンが設けられており、封止用接合部材１４２は、この封止用導体パターンと相対する蓋体１３０の下面の位置、具体的には、蓋体１３０の下面の外縁に沿って環状に設けられている。封止用接合部材１４２は、例えば、金錫または銀ロウが用いられる。封止用接合部材１４２に金錫を用いた場合、例えば、その厚みは、１０〜４０μｍであり、成分比率は、金が７８〜８２％、鉛が１８〜２２％のものが使用されている。封止用接合部材１４２に銀ロウを用いた場合、例えば、その厚みは、１０〜２０μｍであり、成分比率は、銀が７２〜８５％、銅が１５〜２８％のものが使用されている。

集積回路素子１５０は、例えば、複数の実装端子１５１を有した矩形形状のフリップチップ型集積回路素子が用いられている。集積回路素子１５０には、周囲の温度状態を検知するための温度センサー部、水晶振動素子１２０の温度特性を補償する温度補償データを格納するための記憶素子部、温度補償データに基づいて水晶振動素子１２０の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路部、その温度補償回路部に接続されて所定の発振出力を生成する発振回路部が設けられている。集積回路素子１５０は、集積回路素子１５０の上面に複数の実装端子１５１が設けられており、集積回路素子１５０で生成された出力信号が実装端子１５１の一つから出力される。

記憶素子部は、ＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭにより構成されている。温度補償関数である三次関数のもととなるパラーメータ、例えば、三次成分調整値α、一次成分調整値β、零次成分調整値γの各値の温度補償用制御データが実装端子１５１の一つから入力され保存される。なお、本実施形態では、図４に示すように、平板部１６０の外部端子１６３の一つから温度補償用制御データが入力され、平板部１６０に設けられている導体部１６４、平板部１６０の上面に設けられている基板パッド１６２、平板部１６０と基板部１１０ａとの間に設けられている導電部材１４４、基板部１１０ａの下面に設けられている接続端子１１２および基板部１１０ａの下面に設けられている配線部１１４を介して、実装端子１５１の一つから温度補償用制御データが入力されている。記憶素子部には、レジスタマップが記憶されている。レジスタマップとは、各アドレスデータに制御データを入力した場合、制御部がそのデータを読み取り、信号を出力し、どのような動作を行うかを示したものである。

温度補償回路部は、三次関数発生回路や五次関数発生回路等によって構成されている。例えば、三次関数発生回路の場合は、その記憶素子部に入力された温度補償制御データを読出して、温度補償用制御データから各温度に対して三次関数で導き出された電圧を発生させる。なお、このとき外部の周囲の温度は、温度センサー部により得られる。温度補償回路部は、可変容量ダイオードのカソードと接続されており、温度補償回路部からの電圧が印加される。このように、可変容量ダイオードに温度補償回路部からの電圧を印加することによって、水晶振動素子１２０の周波数温度特性を補正することにより、周波数温度特性が平坦化される。

また、集積回路素子１５０は、実装端子１５１と基板部１１０ａの下面に設けられている集積回路素子パッド１１３とが、実装部材１４３によって接合されることで、基板部１１０ａの下面に実装されている。また、集積回路素子１５０は、例えば、略直方体形状となっている。

ここで、図面に合わせて、集積回路素子１５０が基板部１１０ａの下面に実装されているとき、基板部１１０ａの下面を向く集積回路素子１５０の面を集積回路素子１５０の上面とし、集積回路素子１５０の上面と反対側を向く集積回路素子１５０の面を集積回路素子１５０の下面とする。また、集積回路素子１５０の上面および集積回路素子１５０の下面を集積回路素子１５０の主面とする。

実装端子１５１は、基板部１１０ａの下面に設けられている集積回路素子パッド１１３と対応する位置に設けられており、実装部材１４３によって基板部１１０ａの下面に設けられている集積回路素子パッド１１３と電気的に接続された状態で接合されている。実装端子１５１は、例えば、六つ設けられており、集積回路素子１５０の上面を平面視して、集積回路素子１５０の長辺に沿って三つずつ並んで配置されている。実装端子１５１のうち四つは、実装部材１４３、集積回路素子パッド１１３および配線部１１４を介して接続端子１１２と電気的に接続されている。このとき実装端子１５１のうちの四つは、集積回路素子１５０の四隅の実装端子であり、それぞれ、電源電圧が入力される端子、集積回路素子１５０で生成された出力信号が出力される端子、基準電位となるグランドに接続される端子、温度補償用制御データが入力されている端子となっている。実装端子１５１のうち残りの二つは、実装部材１４３、集積回路素子パッド１１３および内部配線（図示せず）を介して素子パッド１１１と電気的に接続されている。

ここで、集積回路素子１５０の大きさについて説明する。集積回路素子１５０は、主面を平面視して、集積回路素子１５０の長辺の長さが、０．５〜１．２ｍｍとなっており、集積回路素子１５０の短辺の長さが、０．３〜１．０ｍｍとなっている。また、集積回路素子１５０の上下方向の長さは、０．１〜０．３ｍｍとなっている。

実装部材１４３は、例えば、銀ペーストまたは鉛フリー半田により構成されている。また、実装部材１４３に銀ペーストを用いて場合には、塗布しやすい粘度に調整するために添加した溶剤が含有されている。実装部材１４３に鉛フリー半田を用いた場合には、鉛フリー半田の成分比率が、錫が９５〜９７．５％、銀が２〜４％、銅が０．５〜１．０％となっている。

実装部材１４３を用いて、基板部１１０ａの下面に集積回路素子１５０を実装する方法について説明する。まず、実装部材１４３は、例えば、ディスペンサによって集積回路素子パッド１１３に塗布される。次に、集積回路素子１５０は、集積回路素子パッド１１３と実装端子１５１とで塗付された実装部材１４３を挟むように、実装部材１４３上に載置される。そして、その状態で加熱し実装部材１４３を溶融し、集積回路素子パッド１１３と実装端子１５１とを溶融接合する。このようにすることで、集積回路素子パッド１１３と実装端子１５１とを実装部材１４３により溶融接合され、基板部１１０ａの下面に集積回路素子１５０が実装される。

平板部１６０は、図１および図５に示したように、導電部材１４４により基板部１１０ａの下面に設けられており、基板部１１０ａの下面に集積回路素子１５０を収納する空間を形成するためのものである。平板部１６０は、平面視して、略矩形形状となっており、その中央部に貫通孔１６１が形成されている。また、平板部１６０は、平板部１６０の上面の四隅に基板パッド１６２が設けられており、平板部１６０の下面の四隅に外部端子１６３が設けられている。また、平板部１６０には、基板パッド１６２から外部端子１６３にかけて、基板パッド１６２と外部端子１６３を電気的に接続させる導体部１６４が設けられている。また、平板部１６０の下面には、数字情報部１７０および引出部１７１が形成されている。

ここで、図面に合わせて、基板部１１０ａの下面に平板部１６０が設けられているとき、基板部１１０ａの下面を向く平板部１６０の面を平板部１６０の上面とし、平板部１６０の上面と反対側を向く平板部１６０の面を平板部１６０の下面とする。また、平板部１６０の上面および平板部１６０の下面を平板部１６０の主面とする。

貫通孔１６１は、平板部１６０の主面の中央部に形成されており、基板部１１０ａの下面に実装されている集積回路素子１５０を収納することができる大きさとなっている。このように、平板部１６０に貫通孔１６１を形成することで、平板部１６０に力が加わり平板部１６０に歪みが生じ変形した場合、貫通孔１６１の開口部の縁部に向かう向きに内部応力を生じさせることができる。従って、平板部１６０に力が加わった場合、力の一部が貫通孔１６１の開口部の縁部に向かう内部応力となり、力の別の一部により平板部１６０が歪むこととなるため、平板部１６０と基板部１１０ａとを接合している導電部材１４４に加わる応力を貫通孔１６１が形成されていない場合と比較して小さくすることができる。

貫通孔１６１は、平板部１６０の主面を平面視して、その開口部の形状が、例えば、略矩形形状となっており、その四隅が円弧形状となっている。このようにすることで、平板部１６０に力が加わり、貫通孔１６１の開口部の縁部に向かう向きに生じた内部応力が均一に分散され、開口部の四隅に集中することを低減させることができる。この結果、開口部の四隅に内部応力が集中し、開口部の四隅から、平板部１６０が破損することを低減させることができる。

基板パッド１６２は、基板部１１０ａの下面に設けられている接続端子１１２と導電部材１４４により接合され、基板部１１０ａの下面に平板部１６０を設けるためのものである。基板パッド１６２は、基板部１１０ａの下面に設けられている接続端子１１２と対向する平板部１６０の上面に設けられており、例えば、平板部１６０の上面の四隅に一つずつ設けられている。

外部端子１６３は、本実施形態に係る水晶デバイスを電子機器に内蔵するとき、電子機器のマザーボードの所定の実装パッド（図示せず）に接合されるためのものである。外部端子１６３は、平板部１６０の下面の四隅に一つずつ形成されており、導体部１６４により基板パッド１６２と電気的に接続されている。従って、外部端子１６３は、導体部１６４、基板パッド１６２、導電部材１４４、接続端子１１２、配線部１１４、集積回路素子パッド１１３および実装部材１４３により、集積回路素子１５０の所定の四つの実装端子１５１と電気的に接続されている。つまり、外部端子１６３は、四つ設けられており、それぞれ、電源電圧が入力される端子１６３ａ、集積回路素子１５０で生成された出力信号が出力される端子１６３ｂ、基準電位となるグランドと接続される端子１６３ｃ、温度補償用制御データが入力される端子１６３ｄとなっている。

導体部１６４は、平板部１６０の上面に設けられている基板パッド１６２と平板部１６０の下面に設けられている外部端子１６３とを電気的に接続されているものである。導体部１６３は、例えば、基板パッド１６２から外部端子１６３にかけて貫通しているスルーホールとなっている。なお、本実施形態では、導体部１６４がスルーホールの場合について説明しているが、基板パッド１６２と外部端子１６３とを電気的に接続することができれば、例えば、平板部１６０の主面および側面に沿って設けられていてもよい。

数字情報部１７０は、発振周波数および製造番号を示すためのものであり、平板部１６０の下面に形成されている。このように数字情報部１７０を、平板部１７０の下面に形成することで、蓋体１３０にレーザー照射することなく本実施形態に係る水晶デバイスの製造番号を容易に識別することができる。このため、蓋体１３０へのレーザーの照射が原因で生じる蓋体１３０の状態の変化、例えば、封止後にレーザーが照射され蓋体１３０が変形することにより水晶振動素子１２０が存在する雰囲気中の状態変化を低減させることができ、この結果、蓋体１３０の状態が変化したことが原因で生じる水晶デバイスの電気的特性が悪化することを低減させることが可能となる。

数字情報部１７０は、第一数字情報部１７０ａと第二数字情報部１７０ｂとからなる。第一数字情報部１７０ａは、平板部１６０の所定の一辺、具体的には、平板部１６０の短辺に沿って形成されている。第二数字情報部１７０ｂは、平板部１６０の所定の一辺に接続されている他の一辺、具体的には、平板部１６０の長辺に沿って形成されている。このように、第一数字情報部１７０ａを平板部１６０の短辺に沿って形成し、第二数字情報部１７０ｂを平板部１６０の長辺に沿って形成することで、本実施形態に係る水晶デバイスの方向の識別が容易となる。前述したように、本実施形態に係る水晶デバイスは、外部端子１６３が四つ設けられており、それぞれ電源電圧が入力される端子１６３ａ、集積回路素子１５０で生成された出力信号が出力される端子１６３ｂ、基準電位となるグランドと接続される端子１６３ｃ、温度補償用制御データが入力される端子１６３ｄとなっている。このため、本実施形態に係る水晶デバイスを電子機器に内蔵するとき、電子機器のマザーボードの所定の実装パッドに所定の実装パッド（図示せず）に外部端子１６３を実装する際に、第一数字情報部１７０ａと第二数字情報部１７０ｂにより水晶デバイスの向きや方向を識別することが容易となるため、所定の実装パッドに所定の外部端子１６３が対応するように水晶デバイスを載置することができる。

第一数字情報部１７０ａおよび第二数字情報部１７０ｂからなる数字情報部１７０は、それぞれ複数のドットから構成されている。このように数字情報部１７０をドットで形成することで、数字情報部１７０を設けたことによる平板部１６０への影響、例えば、応力を低減させることが可能となり、蓋体１３０にレーザーを照射し製造番号を形成する場合と比較して、平板部１１０ａの上面に実装されている水晶振動素子１２０への影響を低減させることが可能となる。

ドットは、ドットの周辺部と光の反射率が大きくことなる金属膜からなる。このようにすることで、画像認識装置により、数字情報部１７０を確実に識別することができる。また、本実施形態に係る水晶デバイスを製造する際に、予め平板部１６０となる部分が複数形成されている平板部集合ウエハに容易にドット部を設けることができ、数字情報部１７０を設けた場合であっても生産性を低減させることがない。

複数あるドットは、二進法で表現している。ここで、ドットを二進法で表現する場合の具体例を、図５を用いて説明する。第一情報部１７０ａは、平板部１６０の下面の一方の短辺の縁部に沿って設けられており、第二情報部１７０ｂは、平板部１６０の下面の一方の長辺の縁部に沿って設けられている。数字情報部１７０のドットが形成されている位置の組合せによって数字情報を示している。

図５示したように第一数字情報部１７０ａを例に説明する。予め平板部１６０の一方の短辺と平板部１６０の一方の長辺とが接続している角部から全てドットが形成された場合それぞれのドットまでのそれぞれの距離（図５では、Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）を決定しておく。次に、平板部１６０の一方の短辺と平板部１６０の一方の長辺とが接続している角部からそれぞれのドットまでの、平板部１６０の一方の短辺に平行な長さ（図５では、ｄ１１、ｄ１２）を測定する。それぞれのドットまでの長さ（図５では、ｄ１１、ｄ１２）が、予め決定していた長さ（図５では、Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）と合致するかを確認する。予め決定していた長さと合致している場合には、“１”となり、合致していない場合には、“０”となる。図５では、角部からドットまでの距離（図５ではｄ１１およびｄ１２）が予め決定した長さの二つと合致している。具体的には、ｄ１１はＤ１１と一致し、ｄ１２はＤ１３と一致しており、Ｄ１２およびＤ１４と一致しているものはないので、第一数字情報部１７０ａは、二進法で表示すると、“１０１０”となる。このとき、二進法で表示するときの位は、平板部１６０の一方の短辺と平板部１６０の一方の長辺とが接続している角部に近い程、位が高くなっている。第二数字情報部１７０ｂについても、図５を用いて、説明する。予め平板部１６０の一方の短辺と平板部１６０の一方の長辺とが接続している角部から全てドットが形成された場合それぞれのドットまでのそれぞれの距離（図５では、Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、Ｄ２４、Ｄ２５、Ｄ２６）を決定しておく。次に、平板部１６０の一方の短辺と平板部１６０の一方の長辺とが接続している角部からそれぞれのドットまでの、平板部１６０の一方の長辺に平行な長さ（図５では、ｄ２１、ｄ２２、ｄ２３）を測定する。図５では、角部からドットまでの距離（図５ではｄ２１、ｄ２２およびｄ２３）が予め決定した長さの三つと合致している。具体的には、ｄ２１はＤ２１と一致し、ｄ２２はＤ２２と一致し、ｄ２３はＤ２４と一致しており、Ｄ２３、Ｄ２５、Ｄ２６は一致してはいないので、第二数字情報部１７０ｂは、二進法で表示すると“１１０１００“となる。このとき、二進法で表示するときの位は、平板部１６０の一方の短辺と平板部１６０の一方の長辺とが接続している角部に近い程、位が高くなっている。このように数字情報部１７０を、二進法で表現することで、数字情報部に数値を記入する場合と比較してより数字情報部１７０を小さくすることができる。この結果、数字情報部１７０を形成することによる平板部１６０への歪みを低減させることができる。

引出部１７１は、平板部１６０の下面に形成されており、隣接しあうドット間を電気的に接続しつつ、平板部１６０の下面の四隅に設けられている外部端子１６３の内グランドと接続される該部端子１６３ｃと電気的に接続している。従って、ドットが金属からなる場合であっても、ドットは基準電位となるグランドと同電位にすることができる。このため、ドットが金属からなる場合であっても、本実施形態の外部に載置される他の金属部品との浮遊容量が発生することを低減させることができる。

また、引出部１７１またはドットは、本実施形態の水晶デバイスの下面から透視して、基板部１１０ａの下面に形成されている配線部１１４の一部とは重なっていない。このようにすることで、ドットが金属からなる場合であっても基板部１１０ａの下面に形成される配線部１１４とドットまたは引出部１７１とで容量が発生することを低減させることができる。

平板部１６０は、例えば、ガラスエポキシ樹脂が用いられる。ここで、平板部１０６の形成方法について説明する。平板部１６０は、ガラス繊維からなる基材にエポキシ樹脂の前駆体に含浸させ、このエポキシ樹脂の前駆体を所定の温度で熱硬化させることによって形成される。また、導体パターンの所定の部位、具体的には、基板パッド１６２、外部端子１６３および導体部１６４は、例えば、銅箔が転写された樹脂シートを積層して接着材で接着することによって形成する。また、導体部１６４は、導体ペーストの印刷またはめっき法によって樹脂シートに形成した貫通孔の内面に被着形成するか、貫通孔を充填して形成する。このような導体部１６４は、例えば、金属箔または金属柱を樹脂形成によって一体化させたり、スパッタリング法、蒸着法を用いて被着させたりすることで形成される。

次に、平板部１６０の大きさについて説明する。平板部１６０は、平板部１６０の上面を平面視して、例えば、平板部１６０の長辺の長さが、０．８〜５．０ｍｍとなっており、平板部１６０の短辺の長さが、０．６〜３．２ｍｍとなっている。また、平板部１６０の上下方向の厚みは、０．１５〜０．４ｍｍとなっている。

導電部材１４４は、基板部１１０ａの下面に設けられている接続端子１１２と平板部１６０の上面に設けられている基板パッド１６２とを電気的に接続させつつ、基板部１１０ａの下面に平板部１６０を設けるためのものである。導電部材１４４は、例えば、銀ペーストまたは鉛フリー半田により構成されている。導電部材１４４に銀ペーストを用いる場合には、塗布しやすい粘度に調整するために添加した溶剤が含有されている。導電部材１４４に鉛フリー半田を用いる場合には、鉛フリー半田の成分比率が、鉛が９５〜９７．５％、銀が２〜４％、銅が０．５〜１．０％となっている。

導電部材１４４を用いて、基板部１１０ａの下面に設けられている接続端子１１２と平板部１６０の上面に設けられている基板パッド１６２とを電気的に接続しつつ接合する方法について説明する。まず、導電部材１４４は、例えば、ディスペンサによって基板パッド１６２に塗布される。次に、基板部１１０ａの下面に設けられている接続端子１１２と平板部１６０の上面に設けられている基板パッド１６２とで導電部材１４４を挟みつつ、貫通孔１６１内に集積回路素子１５０を収納するように、上面に水晶振動素子１２０が気密封止された状態で実装されつつ下面に集積回路素子１５０が実装されている基板部１１０ａを平板部１６０に載置する。そして、その状態で加熱し、導電部材１４４を溶融し、接続端子１１２と基板パッド１６２とを溶融接合する。このようにすることで、接続端子１１２と基板パッド１６２とが溶融接合され、基板部１１０ａの下面に平板部１６０が設けられる。

アンダーフィル材１８０は、基板部１１０ａの下面に実装された状態で貫通孔１６１内に収納されている集積回路素子１５０を覆うように設けられている。このようにアンダーフィル材１８０を設けることで、集積回路素子１５０と基板部１１０ａとの接着強度を高めることができるので、基板部１１０ａが変形し、集積回路素子パッド１１３と実装端子１５１とを接合している実装部材１４２に応力が加わった場合であっても、実装部材１４２の亀裂または実装部材１４２の剥がれ等の集積回路素子パッド１１３と実装端子１５１との導通不良による電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。

また、アンダーフィル材１８０は、基板部１１０ａの下面に設けられており露出している配線部１１４を覆っている。このようにすることで、露出している配線部１１４がアンダーフィル材１８０により覆われることとなり、露出している配線部１１４に配線部１１４に異物が付着することを低減させることが可能となる。このため、配線部１１４に異物が付着し、実装端子１５１と電気的に接続されている外部端子１６３に出力される信号が不安定となることを低減させることができる。

また、アンダーフィル材１８０は、平板部１６０の貫通孔１６１の内壁面に接触するように設けられている。このようにすることで、水晶デバイスの剛性を高めることが可能となり、水晶デバイスに力が加わった場合に変形する量を低減さえることができる。この結果、平板部１６０の基板パッド１６２と基板部１１０ａの接続端子１１２とを電気的に接合している導電部材１４４に加わる応力を低減させることができる。

アンダーフィル材１８０は、エポキシ樹脂やエポキシ樹脂を主成分とするコンポジットレジン等の樹脂材料からなる。次に、集積回路素子１５０を覆うようにアンダーフィル材１８０を形成する方法について説明する。アンダーフィル材１８０が充填されているディスペンサの先端部を、平板部１６０に形成されている貫通孔１６１内であって、基板部１１０ａの下面と貫通孔１６１の内壁面と集積回路素子１５０とで形成される空間内に挿入し、アンダーフィル材１８０となる樹脂を注入する。次に、その状態で、加熱硬化する。このようにすることで、アンダーフィル材１８０を所定の位置に形成することができる。

第一実施形態に係る水晶デバイスは、上面に素子パッド１１１が設けられ、下面に接続端子１１２が設けられている基板部１１０ａと、基板部１１０ａの上面の外周縁に沿って設けられている枠体１１０ｂと、素子パッド１１１に実装されている水晶振動素子１２０と、枠体１１０ｂの上面に接合されている蓋体１３０と、基板部１１０ａの下面に実装されている集積回路素子１５０と、基板部１１０ａの下面に接合され、集積回路素子１５０を収納する貫通孔１６１が形成されている略直方体形状の平板部１６０と、平板部１６０の下面に設けられている数字情報部１７０と、から構成されている。このように、数字情報部１７０を平板部１６０の下面に形成することで、蓋体１３０にレーザー照射することなく本実施形態に係る水晶デバイスの発振周波数および製造番号を容易に識別することができる。このため、発振周波数および製造日等の製造番号を把握することができるため、不良等の回線時に時間を短縮することができる。また、蓋体１３０へのレーザーの照射が原因で生じる蓋体１３０の状態の変化、具体的には、蓋体１３０が封止後にレーザーが照射され変形することにより水晶振動素子１２０が存在する雰囲気中の状態変化を低減させることができ、この結果、蓋体１３０の状態が変化したことが原因で生じる水晶デバイスの電気的特性が悪化することを低減させることが可能となる。

また、本実施形態に係る水晶デバイスは、数字情報部１７０が、複数のドットから形成されている。このように数字情報部１７０をドットで形成することで、数字情報部１７０を設けたことによる平板部１６０への影響、例えば、応力を低減させることが可能となり、蓋体１３０にレーザーを照射し製造番号を形成する場合と比較して、平板部１１０ａの上面に実装されている水晶振動素子１２０への影響を低減させることが可能となる。

また、本実施形態に係る水晶デバイスは、数字情報部１７０を形成する複数のドットが、二進法を用いて表現されている。このように数字情報部１７０を、二進法で表現することで、数字情報部に数値を記入する場合と比較してより数字情報部１７０を小さくすることができる。この結果、数字情報部１７０を形成することによる平板部１６０への歪みを低減させることができる。

また、本実施形態に係る水晶デバイスは、数字情報部１７０が、第一数字情報部１７０ａと第二数字情報部１７０ｂとからなり、第一数字情報部１７０ａが平板部１６０の所定の一辺の縁部に沿って形成されており、第二数字情報部１７０ｂが平板部１６０の所定の一辺に接続されている他の一辺の縁部に沿って形成されている。このように、第一数字情報部１７０ａを平板部１６０の短辺に沿って形成し、第二数字情報部１７０ｂを平板部１６０の長辺に沿って形成することで、本実施形態に係る水晶デバイスの方向の識別が容易となる。前述したように、本実施形態に係る水晶デバイスは、外部端子１６３が四つ設けられており、それぞれ電源電圧が入力される端子１６３ａ、集積回路素子１５０で生成された出力信号が出力される端子１６３ｂ、基準電位となるグランドと接続される端子１６３ｃ、温度補償用制御データが入力される端子１６３ｄとなっている。このため、本実施形態に係る水晶デバイスを電子機器に内蔵するとき、電子機器のマザーボードの所定の実装パッドに所定の実装パッド（図示せず）に外部端子１６３を実装する際に、第一数字情報部１７０ａと第二数字情報部１７０ｂにより水晶デバイスの向きや方向を識別することが容易となるため、所定の実装パッドに所定の外部端子１６３が対応するように水晶デバイスを載置することができる。

また、本実施形態に係る水晶デバイスは、数字情報部１７０を形成している複数の前記ドットが、金属膜からなる。このように、ドットの周辺部と光の反射率が大きくことなる金属膜を用いてドットを形成することで、画像認識装置により、数字上長部１７０を確実に識別することができる。また、本実施形態に係る水晶デバイスを製造する際に、予め平板部１６０となる部分が複数形成されている平板部集合ウエハに容易にドット部を設けることができ、数字情報部１７０を設けた場合であっても生産性を低減させることがない。

また、本実施形態に係る水晶デバイスは、平板部１６０の下面に引出部１７１が形成されており、引出部１７１は、隣接しあうドット間を電気的に接続しつつ、平板部１６０の下面の四隅に形成されている外部端子１６３の内で、グランドと接続される外部端子１６３ｃ（１６３）とドットとを電気的に接続している。従って、本実施形態に係る水晶デバイスは、ドットが金属からなる場合であっても、ドットは基準電位となるグランドと同電位にすることができる。このため、ドットが金属からなる場合であっても、本実施形態の外部に載置される他の金属部品との浮遊容量が発生することを低減させることができる。

また、本実施形態に係る水晶デバイスは、引出部１７１またはドット部が、平面視して、基板部１１０ａの下面に形成されている配線部１１４の一部と重なっていない。このようにすることで、ドットが金属からなる場合であっても基板部１１０ａの下面に形成される配線部１１４とドットまたは引出部１７１とで容量が発生することを低減させることができる。

１１０・・・パッケージ
１１０ａ・・・基板部
１１０ｂ・・・枠部
１１１・・・素子パッド
１１２・・・接続端子
１１３・・・集積回路素子パッド
１１４・・・配線部
１２０・・・水晶振動素子
１２１・・・水晶片
１２２・・・金属パターン
１２３・・・励振電極部
１２４・・・接続引出部
１３０・・・蓋体
１５０・・・集積回路素子
１５１・・・実装端子
１６０・・・平板部
１６１・・・貫通孔
１６２・・・基板パッド
１６３・・・外部端子
１６４・・・導体部
１７０・・・数字情報部
１７０ａ・・・第一数字情報部
１７０ｂ・・・第二数字情報部
１７１・・・引出部
１８０・・・アンダーフィル材
１４１・・・導電性接着剤
１４２・・・封止用接合部材
１４３・・・実装部材
１４４・・・導電部材

Claims (7)

1. 上面に素子パッドが設けられ、下面に接続端子が設けられている基板部と、
   前記基板部の上面の外周縁に沿って設けられている枠体と、
   前記素子パッドに実装されている水晶振動素子と、
   前記枠体の上面に接合されている蓋体と、
   前記基板部の下面に実装されている集積回路素子と、
   前記基板部の下面に接合され、前記集積回路素子を収納する貫通孔が形成されている略直方体形状の平板部と、
   前記平板部の下面に設けられている数字情報部と、
   から構成されていることを特徴とする水晶デバイス。
2. 請求項１に記載の水晶デバイスであって、
   前記数字情報部が、複数のドットから形成されている
   ことを特徴とする水晶デバイス。
3. 請求項２に記載の水晶デバイスであって、
   前記数字情報部を形成する複数の前記ドットが、二進法を用いて表現されている
   ことを特徴とする水晶デバイス。
4. 請求項１乃至請求項３に記載の水晶デバイスであって、
   前記数字情報部が、第一数字情報部と第二数字情報部とからなり、
   前記第一数字情報部が前記平板部の所定の一辺の縁部に沿って形成されており、
   前記第二数字情報部が前記平板部の所定の一辺に接続されている他の一辺の縁部に沿って形成されている
   ことを特徴とする水晶デバイス。
5. 請求項２乃至請求項４に記載の水晶デバイスであって、
   前記数字情報部を形成している複数の前記ドットが、金属膜からなる
   ことを特徴とする水晶デバイス。
6. 請求項５に記載の水晶デバイスであって、
   前記平板部の下面に引出部が形成されており、
   前記引出部は、隣接しあうドット間を電気的に接続しつつ、前記平板部の下面の四隅に形成されている外部端子の内でグランドと接続される前記外部端子と前記ドットとを電気的に接続している
   ことを特徴とする水晶デバイス。
7. 請求項６に記載の水晶デバイスであって、
   前記引出部または前記ドット部が、平面視して、前記基板部の下面に形成されている配線部の一部と重なっていないことを特徴とする水晶デバイス。
   
   

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